Vật liệu Composite là gì? Đặc điểm cấu tạo của nhựa Composite

Được xem là vật liệu của tương lai với nhiều ứng dụng quan trọng trong cuộc sống từ thiết kế nội thất đến ngành hàng không vũ trụ, quốc phòng,… vật liệu composite đang dần thay thế hầu hết những loại vật liệu truyền thống như kim loại, gốm, sứ, gỗ,… Vậy vật liệu composite là gì? Nó có thành phần cấu tạo ra sao? Tính chất, phân loại và ứng dụng của vật liệu này như thế nào? Hãy cùng tìm câu trả lời thông qua bài viết dưới đây.

Vật liệu composite là gì?

Vật liệu composite hay còn có các tên gọi khác như vật liệu tổ hợp, vật liệu compozit hoặc composite. Đây là vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu khác với sản phẩm tạo ra có tính chất vượt trội hơn hẳn so với các vật liệu ban đầu.

Vật liệu composite là gì?

Lịch sử khám phá composite

• Từ xa xưa, các vật liệu tổng hợp đơn giản đã được tạo ra. Vào khoảng 5000 năm trước công nguyên, con người đã biết dùng các viên đá nhỏ trộn với đất trước khi làm gạch, giúp tránh bị cong vênh do phơi nắng. Điển hình về compozit là hợp chất được người Ai Cập dùng để ướp xác.
• Người Hy Lạp cổ đã biết sử dụng mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi để làm vật liệu xây dựng. Ở Việt Nam, cũng có cách làm nhà bằng việc trộn bùn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà.
• Tuy composite là vật liệu đã có từ lâu nhưng ngành khoa học về loại vật liệu này chỉ mới được hình thành khi xuất hiện trong công nghệ chế tạo tên lửa ở Mỹ vào những năm 1950.
• Ngày nay, ngành khoa học công nghệ về vật liệu composite đã phát triển trên toàn thế giới.

Thành phần và cấu tạo của vật liệu composite

Nhìn chung mỗi vật liệu composite đều bao gồm một hay nhiều pha gián đoạn (còn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường) được phẩn bố trong một pha liên tục duy nhất (hay vật liệu nền).

Thành phần	Đặc điểm, Chức năng	Tiêu biểu
Chất nền	Giúp liên kết các thành phần cốt bên trong conmposite nhằm tạo ra tính nguyên khối và thống nhất cho vật liệu Giúp bảo vệ vật liệu cốt khỏi hư hỏng bởi những tác động từ môi trường	Polymer (polyester, PE, PP, PVC,…), kim loại cùng ceramic (xi măng,…)
Chất cốt	Bổ trợ những đặc tính mà vật liệu nền không có Giúp cho vật liệu composite có các đặc điểm cơ lý tính cần thiết Về cơ bản có hai kiểu là dạng cốt sợi (ngắn hoặc dài) và dạng cốt hạt.	Bao gồm các loại sợi (thủy tinh, cellulose, cacbon,…), hạt (hạt kim loại, hạt đất sét, bột gỗ,..) hay một số hình dạng đặc biệt khác.

Thành phần cấu tạo vật liệu composite

☢️☢️☢️ Vật liệu Polymer là gì? Những ứng dụng của Polime trong đời sống

Tính chất của composite

1. Vật liệu nền

• Là chất kết dính và giúp tạo môi trường phân tán
• Truyền ứng suất sang pha gián đoạn (pha gia cường) khi có ngoại lực tác động
• Bảo vệ phần cốt không bị hư hỏng dưới tấn công của môi trường
• Bền dẻo dai (có khả năng chống lại sự phát triển của vết nứt)
• Góp phần tạo ra các tính chất cần thiết khác như cách điện, màu sắc, độ dẻo dai,…

2. Vật liệu gia cường hay phần cốt

• Về cơ bản có hai dạng vật liệu cốt là dạng cốt sợi và dạng cốt hạt
• Có vai trò là điểm chịu ứng suất tập trung
• Có tính kháng hóa chất môi trường cùng nhiệt độ
• Phân tán tốt vào vật liệu nền
• Tạo sự thuận lợi cho quá trình gia công
• Có khả năng truyền nhiệt và giải nhiệt tốt
• Thân thiện với môi trường
• Giá thành thấp mà tính chất vượt trội

Những ưu và nhược điểm của vật liệu composite

1. Ưu điểm

• Nhẹ nhưng độ bền cơ học cao, độ cứng vững, chịu va đập, dễ dàng uốn kéo,… Tốt hơn so với nhiều vật liệu truyền thống như thủy tinh, gốm, gỗ,…
• Độ bền cao: có khả năng chịu môi trường, kháng hóa chất cao, không gây tốn kém trong bảo quản cũng như chống ăn mòn, không cần sơn bảo quản như các vật liệu gỗ, kim loại,…
• Cách điện, cách nhiệt tốt. Đối với loại composite cốt sợi thủy tinh còn có thể hấp thụ sóng điện tử tốt.
• Khả năng chịu thời tiết cao, chống tia tử ngoại, chống lão hóa, chịu nhiệt, chịu lạnh, chống cháy,..
• Không thấm nước và không gây độc hại
• Tuổi thọ sử dụng cao hơn (so với kim loại, gỗ thời gian sử dụng dài hơn khoảng 2-3 lần)
• Gia công chế tạo đơn giản, không tốn quá nhiều thời gian, sản phẩm đa dạng, dễ tạo hình, dễ thay đổi và sửa chữa
• Chi phí đầu tư thấp: từ bảo trì đến bảo dưỡng và sửa chữa rất dễ dàng
• Màu sắc đa dạng, bền đẹp

Vật liệu composite có khả năng chống thấm nước, chịu được nắng mưa

2. Nhược điểm

• Khó tái chế hay tái sử dụng khi hư hỏng hoặc là phế phẩn trong quá trình sản xuất
• Giá thành của nguyên liệu thô tương đối cao và phương pháp gia công cũng tốn thời gian
• Phức tạp trong việc phân tích các tính chất cơ, lý, hóa của mẫu vật
• Chất lượng của vật liệu phụ thuộc vào trình độ của công nhân

♻️♻️♻️ Đất hiếm là gì? Nơi nào ở Việt Nam có đất hiếm?

Phân loại vật liệu composite

• Dựa theo bản chất của thành phần (vật liệu nền và cốt)

- Tổng hợp nền hữu cơ: composite nền nhựa, nền giấy, nền nhựa đường,… Nó có khả năng kết hợp với hầu hết các dạng cốt như sợi hữu cơ, sợi khoáng, sợi kim loại,… Đối với loại nền này thì nhiệt độ tối đa có thể chịu được là khoảng 200 ÷ 300 ^oC

- Tổng hợp nền khoảng chất: nền gốm, bê tông, bê tông cốt thép, cacbon – cacbon. Loại nền này thường có thể kết hợp với cốt dạng sợi kim loại, hạt kim loại và hạt gốm. Khả năng chịu nhiệt tối đa khoảng từ 600 ÷ 1000 ^oC, trong đó nền gốm đến 1000 ^oC

- Tổng hợp nền kim loại: nền hợp kim titan hay hợp kim nhôm,… thường kết hợp với vật liệu cốt dạng sợi kim loại và sợi khoáng. Có khả năng chịu nhiệt tối đa khoảng 600 ÷ 1000 ^oC.

• Dựa theo hình dạng cốt liệu

- Vật liệu tổng hợp cốt sợi

- Vật liệu tổng hợp cốt hạt

- Vật liệu tổng hợp cốt hạt và sợi

Các công nghệ chế tạo vật liệu composite

STT	Các công nghệ chế tạo	Bao gồm
1	Công nghệ khuôn tiếp xúc	- Lăn tay - Phun - Lát máy
2	Công nghẹ khuôn cùng với diaphragm đàn hồi	- Khuôn chân không - Khuôn chân không – autoclave - Khuôn ép Diaphragm
3	Công nghệ tấm áp lực	- Tấm áp lực trong điều kiện thường - Tấm áp lực trong chân không
4	Công nghệ dập trong khuôn	- Dập trực tiếp - Dập đúc - Dập ép nóng
5	Công nghệ quấn	- Các phương pháp công nghệ - Máy quấn
6	Công nghệ Pulltrusion

Ứng dụng của vật liệu composite

1. Trong thiết kế nội thất

- Làm sản phẩm ngoài trời

• Với khả năng chống ẩm mốc, chịu được nắng mưa và chống thấm nước, vật liệu composite được sử dụng làm các vật dụng trang trí ngoài trời tiêu biểu như bàn, ghế, chất liệu cho hồ bơi.

Ứng dụng của vật liệu composite trong xây dựng bể bơi

- Làm sản phẩm trang trí

• Đồ vật trang trí được làm từ chất liệu composite như tượng, bình hoa,… đang được ưu chuộng bởi ưu điểm về màu sắc, hình dạng, khả năng chống ẩm mốc, mang lại không gian nội thất hiện đại.

- Làm giả các vật liệu khác

• Composite có thể làm giả các chất liệu đá, gỗ tự nhiên hay kim loại,.. không chỉ có được vẻ đẹp bên ngoài của sản phẩm mà còn có những đặc tính nổi bật mà vật liệu bị làm giả không có.

Vật liệu composite có thể làm giả chất liệu gỗ

2. Trong các lĩnh vực khác

- Hàng không, vũ trụ: ứng dụng trong làm vỏ động cơ tên lửa, vỏ tên lửa, máy bay,…

• Việc sử dụng vật liệu composite trong các bộ phận của máy bay giúp giảm đi đáng kế trọng lượng máy bay, tiết kiệm được nhiên liệu, giảm chi phí lắp đặt đồng thời giảm thiểu ô nhiểm môi trường và tăng hiệu quả kinh tế.
• Vật liệu composite cốt sợi thủy tinh do có tính trong suốt với sóng rada đã được ứng dụng trong máy bay quân sự và công nghệ vũ trụ

- Trong giao thông vận tải: lốp các phương tiện như ô tô, xe máy, xe đạp,…

• Sử dụng thay thế một số chi tiết của xe hay thay thế các vật liệu bằng gỗ, ván, sắt giúp phương tiện nhẹ hơn và có những đặc tính vượt trội khác

- Trong công nghiệp hóa chất

• Được sử dụng làm bồn chứa các loại dung dịch như kiềm, axit
• Dùng làm ống dẫn hóa chất composite

- Trong dân dụng

• Ứng dụng làm các sản phẩm như chén, tô, bình, đũa,…
• Các loại ống dẫn nước, ống thủy nông, ống dẫn nước thải,…
• Hệ thống thoát rác của tòa nhà cao tầng

- Trong hàng hải

• Sử dụng vật liệu composite để sản xuất các tàu, thuyền, ghe,…

- Trong quốc phòng

• Ứng dụng trong sản xuất các phương tiện chiến đấu như máy bay, phi thuyền, tàu,.. hay các thiết bị phục vụ cho quân đội: bia tập bắn, khay trồng rau, bồn chứa nước,..

Trên đây là những thông tin VietChem muốn chia sẻ đến bạn đọc về vật liệu composite, mong rằng có thể giúp bạn hiểu rõ hơn loại vật liệu của tương lai này. Truy cập hoachat.com.vn để theo dõi nhiều bài viết hữu ích khác.